技术专栏

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湿地资源调查中的水文因子监测技术

湿地的定义本身就围绕「水」展开:常年或季节性积水的地带与水域,低潮时水深不超过六米的海域,而水田以及用于养殖的人工水域和滩涂除外。《中华人民共和国湿地保护法》(2021 年 12 月 24 日通过,2022 年 6 月 1 日起施行)明确国家建立湿地资源调查评价制度,并要求按监测技术规范开展动态监测。在这一框架下,水文因子监测是湿地调查监测中最基础、也最能反映生态状况变化的部分。

本文讨论水位、淹水历时、地表水与地下水补排关系三类水文因子的监测方案设计、设备选型与数据整编方法。

一、监测依据与指标构成

水文监测的指标设计可参考《重要湿地监测指标体系》(GB/T 27648—2011),其中水文要素包括地表水水质、地下水位动态、湿地蒸发量与径流量等;定位观测的技术要求可参考《湿地生态系统定位观测技术规范》(LY/T 2898—2017);全国尺度的湿地野外生态观测,可结合《全国生态状况调查评估技术规范——湿地生态系统野外观测》(HJ 1169—2021)执行。

从实务出发,水文因子可归为三组:

  • 水量:水位、水深、蓄水量、进出流量;
  • 水时:淹水历时、淹水频率、淹水季节分布;
  • 水动力与补排:地表水与地下水的补排关系、水力梯度、水位波动。

需要说明的是,水文因子监测与水质、土壤、生物等要素的监测是相互印证的。水位与淹水历时的变化,往往会先于植被、鸟类等生物指标出现反应,因此水文监测在设计上应当具备连续性,作为湿地生态状况变化的先行指标。

二、监测方案设计

方案设计先回答四个问题:监测什么、在哪里测、多久测一次、测多久。

2.1 点位布设

点位要能反映湿地的空间差异,通常包括:进水口与出水口(控制水量收支)、湿地核心区与边缘区(反映梯度)、地表水观测点与地下水位观测井(反映补排关系)。用一个点代表全域,是不可接受的。

2.2 频次与周期

水位宜采用自动记录,采集频率按湿地类型设定,一般每小时至每日一次;水质等需现场采样的因子按季节或月度采样。监测周期应至少覆盖一个完整水文年,才能反映枯水期与丰水期的差异。

水文因子监测方法与设备建议频次
水位与水深自记水位计、水尺每 1 小时至每日
地表水流量流速仪、堰槽按需,丰枯期加密
地下水位监测井加压力式水位计每日
淹水历时水位数据加高程模型推算由连续水位导出
水质现场采样加实验室分析月度或季节

三、水位监测的实施要点

水位是水文监测中最基础的数据,实施中要注意:

  • 统一高程基准:所有水位数据必须换算到统一的高程基准,否则不同点位的数值无法比较,也无法与淹水历时、水位面积关系衔接;
  • 设备选择:自记水位计常见压力式、雷达式与超声波式,压力式成本低但受水温与含沙量影响,雷达式适合开阔水面;
  • 防冻防淤:北方结冰期、含沙量高的河道要考虑防冻与防淤,必要时改用人工水尺记录;
  • 校核:自记设备须定期用人工水尺读数校核,避免系统性漂移。

另一个实务要点是水位计的量程与埋深。量程选择要覆盖历史最高与最低水位,量程不足会导致丰水期数据缺失;地下水位计的传感器埋深应低于预估最低水位,否则枯水期会测不到数据。这两项都应在设备安装前根据历史水文资料确定。

四、淹水历时与水位面积关系

淹水历时不能直接测,通常由连续水位数据与高程模型相结合推算:

  1. 建立湿地的高分辨率数字高程模型;
  2. 以某一特征水位为阈值,用高程模型划分淹没范围;
  3. 逐时段统计各高程区间被淹没的时间,得到淹水历时分布。

这里的关键是确定合理的淹水阈值——阈值取高了,大多数区域显示「不淹」;取低了,淹水历时被夸大。阈值应结合湿地类型与生态需求设定,并在成果中明确说明。遥感影像可以辅助验证淹没范围,但受云层与时相限制,只能作为辅助手段。

五、地表水与地下水补排关系

补排关系是判断湿地水文情势稳定性的核心,也是建设项目生态影响评价中常被关注的环节。识别方法主要有:

  • 水位对比法:同步观测地表水位与地下水位,比较两者的高低与变化趋势,判断是地表水补给地下水还是反之;
  • 水力梯度法:由多点地下水位计算水力梯度,判断地下水流向;
  • 示踪法:利用水化学特征或稳定同位素,区分不同补给来源。

实践中单一方法容易误判,通常需要水位对比与水力梯度结合,重要区域再加示踪验证。监测井的成井质量直接影响数据可靠性,滤水管位置、封孔质量都要符合要求。

需要强调的是,补排关系具有明显的季节变化。丰水期与枯水期的补给方向可能相反,一次监测往往只能反映某一时段的状态。因此判断补排关系时,应当用至少一个完整水文年的连续数据,而不是用一两次采样就下结论。

六、设备选型建议

设备选型的核心原则是「够用、稳定、可维护」,而不是一味追求高指标:

设备优势局限适用
压力式水位计成本低、易布设受水温与含沙影响地下水位、一般地表水
雷达式水位计非接触、精度稳定成本较高开阔水面、河道
超声波水位计安装方便易受温度与漂浮物干扰清水、稳定断面
人工水尺可靠、无能耗依赖人工校核与备份

七、数据整编与质量控制

数据整编是把原始记录变成可用成果的过程,环节包括:原始数据审核、异常值识别与处理、缺测插补、时段统计(日、月、年)与成果图表编制。质量控制要点:

  • 水位过程线出现「台阶状」突变,多为设备漂移或淤积,须回查;
  • 缺测数据插补要说明方法,不能用「零值」填充;
  • 地表水与地下水的数据必须基于统一基准,否则补排判断失真;
  • 成果应附设备台账、校核记录与数据处理说明,便于追溯。

数据整编最好与采集同步进行,而不是等外业全部结束再补。水位数据的异常往往在过程线上才看得出,若等到几个月后再整编,现场已无法回查原因。建议按月或按季度做一次阶段性整编,把能核实的异常当场处理掉。

结语

湿地水文监测的价值,在于用连续、可比的数据把湿地「水的节律」记录下来。点位布得准、基准统一、设备可靠、整编规范,数据才经得起分析,也才能支撑后续的湿地保护与修复决策。

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